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    <title>【JVM】从JVM的角度看清java代码是如何加载到JVM执行的（第三篇） | 八戒取经路</title>
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                    2021-04-20
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                <p>[TOC]</p>
<h3 id="一、类加载基础知识补充"><a href="#一、类加载基础知识补充" class="headerlink" title="一、类加载基础知识补充"></a><code>一、类加载基础知识补充</code></h3><p>我们都知道，一个磁盘上的 <code>class</code> 字节码文件必须要加载到内存中才能运行，那么你是否有想过，一个 <code>class</code> 文件是如何被加载到 <code>JVM</code> 中的？需要进行哪些转换才能真正被虚拟机所执行？接下来我就带领大家来探讨一下，一个 <code>class</code> 文件从磁盘，到 <code>JVM</code> 内部，直至运行前，这段过程都干了哪些活？</p>
<p>在现实生活中，大家去乘坐高铁的时候一定遇到过这样的情况，从你进入车站，到坐上高铁一定经历了接下来的几个过程，首先需要人脸识别验票，然后需要经过安检区，上车前还要检票，设立了一层一层的关卡；其实字节码的加载也一样，一个外来的字节码，虚拟机都不知道自己加载的字节码是否安全，格式是否准确，因此进入运行时数据区前，需要进行一系列的动作。从 <code>class</code> 文件到内存的类，按照先后顺序需要经过加载、链接、初始化三大步骤。其中链接过程要对字节码进行合法性验证，一个内存中的类要想能够使用，就必须经过初始化过程，那么是否所有的 <code>java</code> 类都需要经过这三步才能被使用呢？</p>
<p>我们都知道 <code>java</code> 语言的类型可以分为两大类：基本数据类型和引用数据类型，在上一篇文章中，已经介绍了 <code>java</code> 的基本数据类型，他们是由 <code>java</code> 虚拟机提前预定义好的，而引用数据类型包含四种：类、接口、数组类、泛型参数；由于泛型参数会在编译过程中被擦除，因此 <code>java</code> 虚拟机实际上看到的只有前三种；在类、接口、数组类中，其中数组类是由 <code>java</code> 虚拟机直接生成的，不存在字节流，而类和接口是由对应的字节流的。</p>
<p>说到字节流，常见的形式主要是 <code>java</code> 编译器生成的 <code>class</code> 物理文件，除此之外，我们也可以通过字节码技术，在运行过程中动态生成字节码，又或者通过网络获取字节流，这些字节流虽然形式上不同，但是都会被加载到虚拟机中，形成类或接口，为了叙述方便，下面就用“类”来统称他们。</p>
<p>注意，无论是虚拟机内部直接生成的数组类，还是加载的外部字节流，<code>java</code> 虚拟机都需要对他们进行链接和初始化，接下来我们详细介绍加载、链接、初始化过程都做了些什么事？</p>
<h3 id="二、加载（双亲委派模型）"><a href="#二、加载（双亲委派模型）" class="headerlink" title="二、加载（双亲委派模型）"></a><code>二、加载（双亲委派模型）</code></h3><p>加载是指，查找字节流，并根据字节流创建类的内存结构的过程。前面提到，对于数组类来说，它没有字节流，它是有 <code>java</code> 虚拟机直接生成的，它是个特例，没有加载过程，然而对于其他的类来说，<code>java</code> 虚拟机需要借助类加载器查找并加载字节流。</p>
<p>除了 <code>bootstrap</code> 启动类加载器之外，其他的类加载器都是 <code>java.lang.ClassLoader</code> 的子类，他们本身也是 <code>java</code> 类，这些类加载器的字节码需要先由启动类加载器 <code>Bootstrap Class Loader</code>，加载到 <code>java</code> 虚拟机中，这样，这些类加载器才能去加载其它类。</p>
<p>提到类加载器，那么就不得不提“双亲委派模型”，当一个类加载器接收到加载类的请求时，它会先将请求交给父类加载器，在父类加载器管辖的范围内，没有找到需要加载的类，那么这个请求才会交给当前的类加载器去加载（这里说的父类加载器，并不是说这类加载器之间是用 <code>extends</code> 关键字继承的，只是在层次上划分而已）。</p>
<p>在 <code>java9</code> 之前，<code>bootstrap</code> 类加载器复制加载最基础、最重要的类，比如存在在 <code>JRE</code> 的 <code>lib</code> 目录下 <code>jar</code> 包中的类（以及有虚拟机参数 -Xbootclasspath 指定的类）。除了启动类加载器 <code>bootstrap class loader</code> 以外，还有另外两个重要的类加载器，分别是扩展类加载器 <code>extension class loader</code>、应用类加载器 <code>application class loader</code>，这些类加载器均由 <code>JRE</code> 的核心类库所提供。</p>
<p>扩展类加载器它负责加载相对次要，但又通用的类，比如放在 <code>JRE</code> 的 <code>lib/ext</code> 目录下 <code>jar</code> 包中的类（以及有系统变量 <code>java.ext.dirs</code> 指定的类）。</p>
<p>应用程序类加载器的上层加载器为扩展类加载器。它负责加载应用程序路径下的类（这里的应用程序，指虚拟机参数 <code>-cp</code> 或 <code>-classpath</code> 、系统变量<code>java.class.path</code>、环境变量 <code>CLASSPATH</code> 所指定的路径），默认情况下，应用程序中包含的类便是由应用类加载器加载的。</p>
<p><code>java9</code> 引入了模块系统，并器略微更改了上述的类加载器规则，例如，扩展类加载器被改名为平台类加载器 <code>platform class loader</code>。<code>java SE</code> 中处理少数几个关键模块，比如说 <code>java.base</code> 是由启动类加载器加载之外，其它的模块都是由平台类加载器来加载，减轻了启动类加载器的负担。</p>
<p>除了 <code>java</code> 内部提供的类加载器以外，我们还可以自己定义类加载器，来实现特殊的加载方式。举个例子，我们可以对 <code>class</code> 文件进行加密，在加载时，在自定义的类加载器中对其进行解密。</p>
<p>在 <code>java</code> 虚拟机总，类的唯一性，是由<code>类加载器实例</code>及<code>类的全限定名</code>异同确定的，即便是同一串字节流，经过不同的类加载器加载后，都是两个不同的类。热部署插件也使用了这一特性来实现热部署的。</p>
<p><img src="https://gitee.com/CodeJourney/source_file/raw/master/blog_img/6TMn8He54z2bYFi.png" alt="image-20201017153626163"></p>
<h3 id="三、链接"><a href="#三、链接" class="headerlink" title="三、链接"></a><code>三、链接</code></h3><p>连接，是指将类加载器加载的类到 <code>java</code> 虚拟机中，使之能够执行，这个大的过程中又分为 <code>验证、准备、解析</code> 三个小阶段。</p>
<p>验证阶段的目的，在于确保被加载的类能够满足 <code>java</code> 虚拟机的规范要求，同样情况下通过 <code>javac</code> 编译器编译而成的字节码必然符号 <code>java</code> 虚拟机规范。</p>
<p>准备阶段的目的是为了为被加载类的静态字段分配内存，这里只是分配一块空内存，并没有进行初始化，初始化过程发生在初始化阶段中，除了分配内存，部分 <code>java</code> 虚拟机还会在这个阶段构造其它和类层次相关数据结构，例如用来实现虚方法的动态绑定的方法表。</p>
<p>在 <code>class</code> 文件被加载到虚拟机之前，这个类是无法知道其它类、方法、字段所对应的具体地址的，甚至连自己的方法、字段的地址都不知道在哪，因此，在<code>java</code> 代码中，当需要引用这些成员时，<code>java</code> 编译器会在编译成字节码时，在字节码中生成符号引用，在运行阶段，这些符号引用会被转换成实际的物理地址，从而进行调用。</p>
<p>例如，一个方法的调用，在编译期，<code>java</code> 编译器会生成一个包含目标方法所在的类名、目标方法名、接收参数类型、返回值类型的符号引用信息，并保存在类的字节码文件中，用于运行期解析获取实际的方法调用地址。</p>
<p>解析阶段的目的，正是将这些符号引用解析成实际的物理地址引用，如果符号引用指向一个未被加载的类或未被加载类的字段或方法，那么解析时将触发这些类的加载（但是未必触发这个类的链接以及初始化）。</p>
<p><code>java</code> 虚拟机规范中并没有要求在链接过程中完成解析这一环节，它仅仅规定了：如果某些字节码使用了符号引用，那么在执行这些字节码之前，需要完成对这些符号引用的解析和转换。</p>
<h3 id="四、初始化"><a href="#四、初始化" class="headerlink" title="四、初始化"></a><code>四、初始化</code></h3><p>在 <code>java</code> 代码中，如果要对一个静态变量进行初始化，我们可以在声明时直接赋值，也可以在静态代码块中对其进行赋值。如果直接赋值的静态字段被 <code>final</code> 修饰，并且它的类型是基本数据类型或字符串时，那么该字段便会被 <code>java</code> 编译器标记为常量，其初始化工作只有由 <code>java</code> 虚拟机完成，类加载的最后一步是初始化，初始化的过程就是为标记为 <code>final</code> 常量字段赋值，以及执行构造方法的过程中，<code>java</code> 虚拟机会通过加锁来确保类的方法仅被执行一次。</p>
<p>只有当初始化完成后，类才真正成为可执行的状态，那么类的初始化何时会被触发呢？<code>JVM</code> 规范罗列了如下情况：</p>
<p>1.当虚拟机启动时候，初始化用户指定的主类，也就是 <code>main</code> 函数所在的类；</p>
<p>2.当遇到 <code>new</code> 指定时，初始化 <code>new</code> 指定对应的目标类；</p>
<p>3.当遇到调用静态方法的指令时，初始化该静态方法所在的类；</p>
<p>4.当遇到访问静态字段的指令时，初始化该静态字段所在的类；</p>
<p>5.子类的初始化会触发父类的初始化；</p>
<p>6.如果一个接口定义了 <code>default</code> 方法，那么直接实现或间接实现该接口的类的初始化，会触发接口的初始化；</p>
<p>7.使用反射 <code>api</code> 对某个类进行反射调用时，初始化这个类；</p>
<p>8.当初次调用 <code>MethodHandle</code> 实例时，初始化该 <code>MethodHandle</code> 指定的方法所在的类。</p>
<p><img src="https://i.loli.net/2020/10/17/w8aWexEqK3JjtnH.png" alt="image-20201017160652890"></p>
<p>上面这段代码是注明的单例延迟初始化例子，当外部调用 <code>Singleton.getInstance()</code> 时，由于此方法是静态方法，因此会触发当前类的初始化，在调用<code>LazyHolder.INSTANCE</code> 时，又引用了 <code>LazyHolder</code> 类的静态字段，从而又触发了此类的初始化(当然初始化前同样会做加载、链接工作)，由于类的初始化是线程安全的，并且只能被执行一次，所以可以保证多线程环境下有且仅有一个实例（这是利用了 <code>java</code> 虚拟机在类加载时候加锁来完成线程安全控制的）。</p>
<h3 id="五、总结"><a href="#五、总结" class="headerlink" title="五、总结"></a><code>五、总结</code></h3><p>今天我们介绍了，<code>java</code> 虚拟机将字节流转化为 <code>java</code> 类的过程，这个过程分为加载、链接、初始化三大步骤。</p>
<p>加载是指查找字节流，并器根据字节流创建类的过程。加载需要借助类加载器，在 <code>java</code> 虚拟机中，类加载器使用双亲委派模型，即接收到类加载请求时，自己先不处理，而是将请求交给上层类加载器去处理。</p>
<p>链接是指将加载过程创建的类合并到虚拟机中，使其能够执行的过程。链接分为验证、准备、解析三个阶段，其中解析时非必须的。</p>
<p>初始化，为标记为常量的字段赋值，以及执行方法。类的初始化仅会被执行一次，这个特性被用来实现单例的延迟初始化。</p>

                
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                        <span class="publish-date">
                            <i class="far fa-clock fa-fw icon-date"></i>2021-04-20
                        </span>
                        <span class="publish-author">
                            
                            <i class="fas fa-user fa-fw"></i>
                            八戒取经路
                            
                        </span>
                    </div>
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                        <span class="chip bg-color">JVM</span>
                    </a>
                    
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                        <span class="chip bg-color">字节码</span>
                    </a>
                    
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                下一篇&nbsp;<i class="fas fa-chevron-right"></i>
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                        <img src="/medias/featureimages/16.jpg" class="responsive-img" alt="【JVM】从JVM的角度看java基本数据类型是如何存储的（第二篇）">
                        
                        <span class="card-title">【JVM】从JVM的角度看java基本数据类型是如何存储的（第二篇）</span>
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                </a>
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                    <div class="publish-info">
                            <span class="publish-date">
                                <i class="far fa-clock fa-fw icon-date"></i>2021-04-20
                            </span>
                        <span class="publish-author">
                            
                            <i class="fas fa-user fa-fw"></i>
                            八戒取经路
                            
                        </span>
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                    <a href="/tags/Java/">
                        <span class="chip bg-color">Java</span>
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            </div>
        </div>
        
    </div>
</article>

</div>



<!-- 代码块功能依赖 -->
<script type="text/javascript" src="/libs/codeBlock/codeBlockFuction.js"></script>

<!-- 代码语言 -->

<script type="text/javascript" src="/libs/codeBlock/codeLang.js"></script>


<!-- 代码块复制 -->

<script type="text/javascript" src="/libs/codeBlock/codeCopy.js"></script>


<!-- 代码块收缩 -->

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    </div>
    <div id="toc-aside" class="expanded col l3 hide-on-med-and-down">
        <div class="toc-widget card" style="background-color: white;">
            <div class="toc-title"><i class="far fa-list-alt"></i>&nbsp;&nbsp;目录</div>
            <div id="toc-content"></div>
        </div>
    </div>
</div>

<!-- TOC 悬浮按钮. -->

<div id="floating-toc-btn" class="hide-on-med-and-down">
    <a class="btn-floating btn-large bg-color">
        <i class="fas fa-list-ul"></i>
    </a>
</div>


<script src="/libs/tocbot/tocbot.min.js"></script>
<script>
    $(function () {
        tocbot.init({
            tocSelector: '#toc-content',
            contentSelector: '#articleContent',
            headingsOffset: -($(window).height() * 0.4 - 45),
            collapseDepth: Number('0'),
            headingSelector: 'h2, h3, h4'
        });

        // modify the toc link href to support Chinese.
        let i = 0;
        let tocHeading = 'toc-heading-';
        $('#toc-content a').each(function () {
            $(this).attr('href', '#' + tocHeading + (++i));
        });

        // modify the heading title id to support Chinese.
        i = 0;
        $('#articleContent').children('h2, h3, h4').each(function () {
            $(this).attr('id', tocHeading + (++i));
        });

        // Set scroll toc fixed.
        let tocHeight = parseInt($(window).height() * 0.4 - 64);
        let $tocWidget = $('.toc-widget');
        $(window).scroll(function () {
            let scroll = $(window).scrollTop();
            /* add post toc fixed. */
            if (scroll > tocHeight) {
                $tocWidget.addClass('toc-fixed');
            } else {
                $tocWidget.removeClass('toc-fixed');
            }
        });

        
        /* 修复文章卡片 div 的宽度. */
        let fixPostCardWidth = function (srcId, targetId) {
            let srcDiv = $('#' + srcId);
            if (srcDiv.length === 0) {
                return;
            }

            let w = srcDiv.width();
            if (w >= 450) {
                w = w + 21;
            } else if (w >= 350 && w < 450) {
                w = w + 18;
            } else if (w >= 300 && w < 350) {
                w = w + 16;
            } else {
                w = w + 14;
            }
            $('#' + targetId).width(w);
        };

        // 切换TOC目录展开收缩的相关操作.
        const expandedClass = 'expanded';
        let $tocAside = $('#toc-aside');
        let $mainContent = $('#main-content');
        $('#floating-toc-btn .btn-floating').click(function () {
            if ($tocAside.hasClass(expandedClass)) {
                $tocAside.removeClass(expandedClass).hide();
                $mainContent.removeClass('l9');
            } else {
                $tocAside.addClass(expandedClass).show();
                $mainContent.addClass('l9');
            }
            fixPostCardWidth('artDetail', 'prenext-posts');
        });
        
    });
</script>

    

</main>




    <footer class="page-footer bg-color">
    
        <link rel="stylesheet" href="/libs/aplayer/APlayer.min.css">
<style>
    .aplayer .aplayer-lrc p {
        
        display: none;
        
        font-size: 12px;
        font-weight: 700;
        line-height: 16px !important;
    }

    .aplayer .aplayer-lrc p.aplayer-lrc-current {
        
        display: none;
        
        font-size: 15px;
        color: #42b983;
    }

    
    .aplayer.aplayer-fixed.aplayer-narrow .aplayer-body {
        left: -66px !important;
    }

    .aplayer.aplayer-fixed.aplayer-narrow .aplayer-body:hover {
        left: 0px !important;
    }

    
</style>
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                   server="netease"
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                   autoplay='false'
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                   loop='all'
                   order='random'
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        >
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    </div>
</div>

<script src="/libs/aplayer/APlayer.min.js"></script>
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/meting@2/dist/Meting.min.js"></script>

    
    <div class="container row center-align" style="margin-bottom: 0px !important;">
        <div class="col s12 m8 l8 copy-right">
            Copyright&nbsp;&copy;
            
                <span id="year">2019-2021</span>
            
            <span id="year">2019</span>
            <a href="/about" target="_blank">八戒取经路</a>
            |&nbsp;Powered by&nbsp;<a href="https://hexo.io/" target="_blank">Hexo</a>
            |&nbsp;Theme&nbsp;<a href="https://github.com/" target="_blank">Matery</a>
            <br>
            
            
            
            
            
            
            <span id="busuanzi_container_site_pv">
                |&nbsp;<i class="far fa-eye"></i>&nbsp;总访问量:&nbsp;<span id="busuanzi_value_site_pv"
                    class="white-color"></span>&nbsp;次
            </span>
            
            
            <span id="busuanzi_container_site_uv">
                |&nbsp;<i class="fas fa-users"></i>&nbsp;总访问人数:&nbsp;<span id="busuanzi_value_site_uv"
                    class="white-color"></span>&nbsp;人
            </span>
            
            <br>
            
            <br>
            
        </div>
        <div class="col s12 m4 l4 social-link social-statis">
    <a href="https://github.com/blinkfox" class="tooltipped" target="_blank" data-tooltip="访问我的GitHub" data-position="top" data-delay="50">
        <i class="fab fa-github"></i>
    </a>



    <a href="mailto:843355928@qq.com" class="tooltipped" target="_blank" data-tooltip="邮件联系我" data-position="top" data-delay="50">
        <i class="fas fa-envelope-open"></i>
    </a>







    <a href="tencent://AddContact/?fromId=50&fromSubId=1&subcmd=all&uin=843355928" class="tooltipped" target="_blank" data-tooltip="QQ联系我: 843355928" data-position="top" data-delay="50">
        <i class="fab fa-qq"></i>
    </a>







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    </a>

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    </div>
</footer>

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    <!-- 搜索遮罩框 -->
<div id="searchModal" class="modal">
    <div class="modal-content">
        <div class="search-header">
            <span class="title"><i class="fas fa-search"></i>&nbsp;&nbsp;搜索</span>
            <input type="search" id="searchInput" name="s" placeholder="请输入搜索的关键字"
                   class="search-input">
        </div>
        <div id="searchResult"></div>
    </div>
</div>

<script type="text/javascript">
$(function () {
    var searchFunc = function (path, search_id, content_id) {
        'use strict';
        $.ajax({
            url: path,
            dataType: "xml",
            success: function (xmlResponse) {
                // get the contents from search data
                var datas = $("entry", xmlResponse).map(function () {
                    return {
                        title: $("title", this).text(),
                        content: $("content", this).text(),
                        url: $("url", this).text()
                    };
                }).get();
                var $input = document.getElementById(search_id);
                var $resultContent = document.getElementById(content_id);
                $input.addEventListener('input', function () {
                    var str = '<ul class=\"search-result-list\">';
                    var keywords = this.value.trim().toLowerCase().split(/[\s\-]+/);
                    $resultContent.innerHTML = "";
                    if (this.value.trim().length <= 0) {
                        return;
                    }
                    // perform local searching
                    datas.forEach(function (data) {
                        var isMatch = true;
                        var data_title = data.title.trim().toLowerCase();
                        var data_content = data.content.trim().replace(/<[^>]+>/g, "").toLowerCase();
                        var data_url = data.url;
                        data_url = data_url.indexOf('/') === 0 ? data.url : '/' + data_url;
                        var index_title = -1;
                        var index_content = -1;
                        var first_occur = -1;
                        // only match artiles with not empty titles and contents
                        if (data_title !== '' && data_content !== '') {
                            keywords.forEach(function (keyword, i) {
                                index_title = data_title.indexOf(keyword);
                                index_content = data_content.indexOf(keyword);
                                if (index_title < 0 && index_content < 0) {
                                    isMatch = false;
                                } else {
                                    if (index_content < 0) {
                                        index_content = 0;
                                    }
                                    if (i === 0) {
                                        first_occur = index_content;
                                    }
                                }
                            });
                        }
                        // show search results
                        if (isMatch) {
                            str += "<li><a href='" + data_url + "' class='search-result-title'>" + data_title + "</a>";
                            var content = data.content.trim().replace(/<[^>]+>/g, "");
                            if (first_occur >= 0) {
                                // cut out 100 characters
                                var start = first_occur - 20;
                                var end = first_occur + 80;
                                if (start < 0) {
                                    start = 0;
                                }
                                if (start === 0) {
                                    end = 100;
                                }
                                if (end > content.length) {
                                    end = content.length;
                                }
                                var match_content = content.substr(start, end);
                                // highlight all keywords
                                keywords.forEach(function (keyword) {
                                    var regS = new RegExp(keyword, "gi");
                                    match_content = match_content.replace(regS, "<em class=\"search-keyword\">" + keyword + "</em>");
                                });

                                str += "<p class=\"search-result\">" + match_content + "...</p>"
                            }
                            str += "</li>";
                        }
                    });
                    str += "</ul>";
                    $resultContent.innerHTML = str;
                });
            }
        });
    };

    searchFunc('/search.xml', 'searchInput', 'searchResult');
});
</script>

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    </a>
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    (function () {
        var bp = document.createElement('script');
        var curProtocol = window.location.protocol.split(':')[0];
        if (curProtocol === 'https') {
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